JP4132898B2 - Dry cleaning method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はドライクリーニング方法及びドライクリーニング用基板に係り、より詳しくは、ドライエッチング装置に適用されるドライクリーニング方法及びドライクリーニング用基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造工程では、さまざまな薄膜などをエッチングする工程があり、主にドライエッチング装置が用いられている。このドライエッチング装置は、不必要な膜を除去するために導入したエッチングガスに高周波電力を印加してプラズマを発生させることにより、エッチングガスを活性な状態にして膜と反応させてエッチングするものである。
【0003】
エッチングガスと被エッチング物との反応生成物はその全てが揮発してチャンバ内から排気されるわけではなく、その一部は、チャンバ内の低温部に付着したり、またはプラズマ中に入って再分解して蒸気圧の低いものとなってチャンバ内に付着したりして堆積物となる。
【0004】
特に、例えば強誘電体キャパシタを用いた半導体メモリの強誘電体キャパシタを形成する工程では、被エッチング物がPt膜、PZT膜又はIrOX膜などの膜からなるため、これらの膜とエッチングガスとの反応生成物は揮発性が低く、主にスパッタ反応によってエッチングを行う必要があることから他のエッチング工程に比べてチャンバ内に堆積物が付着しやすい。
【0005】
この堆積物の影響でプラズマ生成が不安定になったり、エッチングレートが変動したりするだけではなく、堆積物がチャンバから剥離してパーティクルとなるため、半導体装置の製造歩留りに大きく影響する。
【0006】
このため、量産プロセスでは、チャンバ内のパーティクルの数が処理枚数と共に増大することを考慮して、経験的に設定された処理枚数に達した後に、チャンバを大気に開放することなくSF6などのクリーニング用ガスのプラズマを生成させて堆積物を除去している。そして、さらに長時間にわたって所定数のロットを処理した後、チャンバを大気に開放して薬品などを用いてチャンバをウェットクリーニングする。
【0007】
ところで、近年、ドライエッチング装置は、平行平板のRIE装置に代わって、プラズマ生成用のコイルに高周波電力を印加すると共に、バイアス用電力を被エッチング基板側に印加してプラズマを生成してエッチングを行うタイプの装置(例えばICPなど)が広く用いられるようになってきている。
【0008】
このタイプのドライエッチング装置では、ドライクリーニングを行う際、チャンバ内にクリーニング用のプラズマが十分回り込むように、あえてバイアス用電力を印加せずにプラズマ生成用のコイルに高周波電力を印加するだけでプラズマを生成してドライクリーニングを行っていた。
【0009】
さらに、被エッチング基板を固定するための手段として静電チャックを用いているエッチング装置では、静電チャックがプラズマに曝されて破壊しないように、シリコン基板や石英基板などを静電チャック上に載置して静電チャックをプラズマから防御した状態でドライクリーニングを行っていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したシリコン基板や石英基板を静電チャック上に載置してドライクリーニングを行うと、シリコンや石英はクリーニング用ガス(フッ素系ガスなどのハロゲンガス)のプラズマと容易に反応してエッチングされる特性を有するため、その反応生成物がチャンバに堆積して逆にパーティクルの発生原因になる場合がある。
【0011】
また、クリーニング用ガスがシリコン基板や石英基板と積極的に反応して消費されるため、チャンバに付着した堆積物のクリーニングレートが低下し、その結果ドライクリーニングに要する時間が長くなってしまうという問題がある。
【0012】
これらの問題を解決するため、アルミナ(Al2O3)基板などのクリーニング用ガスのプラズマで容易にエッチングされない基板を使用してドライクリーニングを行う方法がある。なお、特開平9−330885号公報には、アルミナ基板などのセラミック基板をCVD装置のチャンバをクリーニングする際にサセプタを保護する目的で使用することが記載されている。
【0013】
しかしながら、アルミナ基板を静電チャック上に載置してドライクリーニングを行う場合には、シリコン基板や石英基板と違って、アルミナ基板とクリーニング用ガスとの反応生成物がチャンバ内に新たに堆積してパーティクル源となる問題は解決されるものの、チャンバ内に付着した除去すべく堆積物がアルミナ基板上に再付着しやすいという問題がある。この問題は、例えば前述した強誘電体キャパシタを形成する工程で特に顕著となる。
【0014】
このため、ドライクリーニング後にアルミナ基板をチャンバ内からアンロードするときやアルミナ基板を外部に出すためにロードロック室などを大気に開放するときに、アルミナ基板上に再付着した堆積物がチャンバ内やロードロック室内などに飛散するなどしてパーティクルの発生原因になる恐れがある。
【0015】
従って、ドライクリーニングを行ったにもかかわらずカウントされるパーティクル数が規格値以下にならず、このため再度クリーニングを行うなど効率が低いものとなり、装置稼働率の低下の一因となる。
【0016】
本発明は以上の問題点を鑑みて創作されたものであり、パーティクルの発生を十分に抑えることができると共に、より短時間でクリーニングを行うことができるドライクリーニング方法及びその方法で使用するドライクリーニング用基板を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明はドライクリーニング方法に係り、所定のガス雰囲気にプラズマ生成用高周波電力とバイアス用高周波電力とを印加してプラズマを生成してエッチングを行うタイプのドライエッチング装置のドライクリーニング方法であって、少なくともプラズマに曝される部分がアルミナ又はシリコンカーバイドからなるドライクリーニング用基板を、前記ドライエッチング装置のチャンバ内の基板載置部上に載置し、第1クリーニング用ガスを前記チャンバに導入し、第1の前記プラズマ生成用高周波電力と前記バイアス用高周波電力とを印加することにより前記プラズマを生成して第1のドライクリーニングを行い、前記第1のドライクリーニングを行った後に、前記第1のドライクリーニング用ガスと異なる第2クリーニングガスのプラズマで第2のドライクリーニングを行い、前記第2のドライクリーニングにおいて、第2の前記プラズマ生成用高周波電力を印加し、前記バイアス用高周波電力を印加しないことを特徴とする。
【0018】
前述したように、アルミナ基板などのハロゲンガスのプラズマで殆どエッチングされない基板を静電チャックなどの基板載置部上に載置してドライクリーニングを行う場合には、チャンバ内に付着した除去すべく堆積物がアルミナ基板上に再付着しやすいという問題がある。従来、ICPなどのようにプラズマ生成用高周波電力とバイアス用電力とを両方印加してプラズマを生成するタイプのドライエッチング装置では、ドライクリニーニングを行う際はバイアス用電力を印加しないでクリーニングを行っていた。
【0019】
本願発明者は、この点に注目して鋭意研究した結果、ドライクリーニングを行う際に、プラズマ生成用の高周波電力を印加してプラズマを生成させるたけではなく、クリーニング用基板側にバイアス用電力を印加した状態でドライクリーニングを行うことにより、この問題を解決できることを見出した。
【0020】
つまり、ドライクリーニング用基板側にバイアス用電力を印加することによりドライクリーニング用基板側に負のセルフバイアスが形成され、その結果プラズマ中の正イオンがドライクリーニング用基板の表面に所定のエネルギーで入射される。このため、たとえチャンバ内に付着した堆積物がアルミナ基板上に再付着するとしても、イオンのスパッタ作用によって再付着した堆積物を除去することができる。
【0021】
しかも、ドライクリーニング用基板のプラズマに曝される部分がアルミナ又はシリコンカーバイド(SiC)のようにドライクリーニング用ガス(ハロゲン原子を含むガス)のプラズマで殆どエッチングされない特性を有するものからなるようにしたため、シリコン基板や石英基板などと違って、その反応生成物がチャンバ内に堆積してパーティクルの発生原因となる恐れもない。また、チャンバ内に付着した堆積物のクリーニングレートが低下する恐れもなく、短時間で効率よくドライクリーニングを行うことができるようになる。
【0022】
このように、ドライクリーニングを行う際に、ドライクリーニング用基板としてドライクリーニング用ガスのプラズマで殆どエッチングされない基板を用い、かつプラズマ生成用の高周波電力を印加するだけでなく、ドライクリーニング用基板側にバイアス用電力を印加することにより、チャンバ内に付着した堆積物を効率よく除去してパーティクルを減少させることができる。
【0023】
上記したドライクリーニング方法において、前記ドライクリーニング用基板の前記プラズマに曝される部分以外の主要部は、半導体又は導電体からなることが好ましい。
【0024】
ドライクリーニング用基板が基板全体にわたってアルミナなどの絶縁体からなる場合、ドライクリーニング用基板側に印加されるバイアス用電力が基板内で不均一になりやすいため、ドライクリーニング用基板上に再付着した堆積物を効率よく除去できない場合が想定される。
【0025】
このため、プラズマに曝される部分以外の主要部を半導体又は導電体とすることにより、ドライクリーニング用基板の全体にわたって均一にバイアス用電力が印加されるようになり、その結果ドライクリーニング用基板上に再付着する堆積物を効率よく除去できるようになる。
【0026】
上記したドライクリーニング方法において、前記第1のドライクリーニングを行った後に、前記第1クリーニング用ガスと異なる第2クリーニング用ガスのプラズマで第2のドライクリーニングを行うようにしてもよい。
【0027】
第1ドライクリーニング用ガスのプラズマで第1のドライクリーニングを行っても、チャンバ内の付着した堆積物を完全に除去できない場合が想定される。このため、第1のドライクリーニングを行った後に、第1クリーニング用ガスと異なる第2クリーニング用ガスのプラズマで第2のドライクリーニングを行うようにしてもよい。このとき、例えば、第2クリーニング用ガスとしてエッチングガスに相当するガスを用いることにより、ドライクリーニングの前後のおけるエッチングレートや選択比などのエッチング特性の変動を抑えるという観点からも都合がよい。
【0028】
前記第1クリーニング用ガスはフッ素原子を含むガスであり、前記第2クリーニング用ガスは臭素原子を含むガスであることを特徴とする。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【0032】
図1は本発明の実施形態のドライクリーニング方法に用いられるドライエッチング装置を示す断面図、図2は図1のドライエッチング装置を用いてFeRAMの強誘電体キャパシタが形成される様子を示す断面図、図3は本発明のドライクリーニング方法に係る工程フローチャートを示すものである。
【0033】
最初に、本発明の実施形態のドライクリーニング方法に用いられるドライエッチング装置について説明する。図1に示すように、ドライエッチング装置1としてICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)タイプのものを一例として示している。
【0034】
ドライエッチング装置1は反応室31aと排気室31bとからなるチャンバ31を備え、反応室31aの中にはウェハステージ32が配置されている。このウェハステージ32はヒータ32a上に静電チャック32b(基板載置部)を配置した構造を有し、この静電チャック32b上に被エッチング物となる半導体基板30が載置される。この静電チャック32bにはバイアス用電力を印加するためのバイアス用高周波電源33が接続されている。
【0035】
また、チャンバ31内には、ウェハステージ32を含む領域を囲む略円筒形の防着板34が配置され、その防着板34の上部は石英板34aによって塞がれている。この防着板34の内部の空間が反応室31aとなる。また、石英板34a上にはアンテナコイル36が取り付けられており、このアンテナコイル36にはプラズマ生成用の高周波電源35が接続されている。
【0036】
チャンバ31の所定部にはガス導入管40が接続されており、このガス導入管40が反応室31a内に挿入されている。そして、所定のエッチングガスやクリーニングガスなどが反応室31aに導入されると共に、高周波電源35からアンテナコイル36に高周波電力を印加することにより、電磁誘導結合により反応室31a内に高周波の電場を誘起させ反応室31aにプラズマが生成される。
【0037】
さらに、反応室31aと防着板34を介して隣接する排気室31bが設けられ、この防着板34には開口部34bが形成されている。この排気室31bの下部には排気管31xが接続され、エッチングやドライクリーニングにより生成した反応生成物などが防着板34の開口部34bを通って排気管31x側に排気されるようになっている。
【0038】
また、反応室31aの排気室31bと反対側にはゲートバルブ37を介してロードロック室38が隣接して設けられている。そして、ロードロック室38側の防着板34には、シャッタ34cにより開閉されるウェハ搬送口34dが設けられている。
【0039】
ドライエッチング装置1は以上のように基本構成されている。誘導結合プラズマ(ICP)は、アンテナコイル36からの電磁誘導結合により真空に保持された反応室31aに高周波の電場を誘起させ、反応室31a内に導入された反応ガスなどをプラズマ化するものであるから、磁場を必要とせずに高密度プラズマを大口径で発生させることができる。
【0040】
なお、ドライエッチング装置1としてICPタイプのものを例示したが、TCP(Transfer Coupled Plasma)タイプ又はECR(Electron Cyclotron Resonance)タイプなどのものを使用してもよい。
【0041】
次に、図3の工程フローチャートを適宜参照しながら本発明の実施形態のドライクリーニング方法を説明する。また、図2のFeRAMの強誘電体キャパシタを形成する工程を例示しながら説明する。
【0042】
まず、図3のS1で、ドライエッチング装置1を用いて所定数のロット(例えば1ロット25枚)をエッチング処理する。
【0043】
FeRAMの強誘電体キャパシタを形成するためのエッチング工程に係るロットの各ウェハの構造は以下のようになっている。すなわち、図2(a)に示すように、半導体基板30の上方に形成された絶縁膜12の上に、下から順にPt膜などからなる第1金属膜14、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)膜などからなる強誘電体膜16、IrOX膜などからなる第2金属膜18及び第2金属膜の上にキャパシタ形状に形成されたレジストなどからなるマスク20が形成されている。
【0044】
次いで、図1のドライエッチング装置1の反応室31aの静電チャック32b上に上記した構造を有する半導体基板30を搬送して載置する。続いて、ドライエッチング装置1のガス導入管40から例えば塩素と酸素との混合ガスからなるエッチングガスを供給し、チャンバ31内を所定のガス圧力になるように調整する。
【0045】
その後、高周波電源35からアンテナコイル36に所定の高周波電力を印加してチャンバ31に誘導電磁界を発生させると共に、バイアス用高周波電源33から静電チャック32bに所定のバイアス用電力を印加することによりエッチングガスをプラズマ化させる。
【0046】
これにより、図2(b)に示すように、マスク20以外の部分の第2金属膜18、強誘電体膜16及び第1金属膜14が順にエッチングされる。このエッチングにより、キャパシタ22が形成され、第2金属膜18はキャパシタ22の上部電極18aとなり、強誘電体膜16はキャパシタ22の誘電体膜16aとなり、また第1金属膜14はキャパシタ22の下部電極14aとなる。
【0047】
このとき、被エッチング膜はIrOX膜、PZT膜及びPt膜などの構成され、この被エッチング膜とエッチングガスとの反応生成物は揮発性が低いため、主にスパッタ反応によってエッチングが進行する。このため、PtやIrなどを含む反応生成物は、チャンバ31の内壁、防着板34及び石英板34aなどに付着しやすい。
【0048】
図4(a)は反応室の防着板や石英板に堆積物が付着した様子を示す断面図である。図4(a)に示すように、例えば、FeRAMのキャパシタ22を形成する工程では、防着板34や石英板34aなどにPtやIrなどを含む堆積物21が付着する。そして、処理枚数の増加に伴ってこの堆積物21が蓄積され、その後、堆積物21が剥離することによりパーティクルの発生原因となる。これを防止するため、ドライエッチング装置1のチャンバ31内を定期的にドライクリーニングして堆積物21を除去する必要がある。
【0049】
例えば、ドライエッチング装置1をFeRAMの強誘電体キャパシタを形成する工程に適用する場合は、1ロット(25枚)毎にドライクリーニングを行うようにすればよい。
【0050】
次に、ドライエッチング装置1のチャンバ31内に付着した堆積物21をドライクリーニングにより除去する方法について説明する。最初にドライクリーニング用基板について説明する。図5及び図6は本発明の実施形態のドライクリーニング用基板を示す断面図である。ドライクリーニング用ガスをプラズマ化させてドライクリーニングを行う際に、静電チャック32bが露出した状態で行うと静電チャック32bがプラズマによってダメージを受けて破壊する恐れがある。
【0051】
このため、ドライクリーニングを行う際にはドライクリーニング用基板を静電チャック32b上に載置して静電チャック32bをプラズマから防御する必要がある。このような目的でドライクリーニングを行う際にはドライクリーニング用基板が必要となる。
【0052】
前述したように、ドライクリーニング用基板としてハロゲンガスのプラズマにより殆どエッチングされないアルミナ基板を用いると、ハロゲンガスのプラズマにより容易にエッチングされるシリコン基板や石英基板を用いる場合に発生する問題は解決されるが、チャンバ31内に付着した堆積物21がアルミナ基板上に再付着しやすいという問題が残る。
【0053】
ICPタイプのドライエッチング装置1において静電チャック32b側にバイアス用電力を印加する目的は、被エッチング物をエッチングするときに、エッチング形状、マスク又は下地膜との選択比などを調整するためであることから、従来、ドライクリーニングを行う際にはバイアス用電力を印加する必要性がなかった。
【0054】
本願発明者は、この点に注目して鋭意研究した結果、ドライクリーニングを行う際に、高周波電源35からアンテナコイル36に高周波電力を印加してプラズマを生成させるたけではなく、静電チャック32bにバイアス用電力を印加した状態でドライクリーニングを行うことにより、上記した問題を解決できることを見出した。
【0055】
つまり、静電チャック32bにバイアス用電力を印加することにより静電チャック32側に負のセルフバイアスが形成され、その結果プラズマ中の正イオンが静電チャック32b側に加速されて半導体基板30の表面に所定のエネルギーで入射される。このため、たとえチャンバ31内に付着した堆積物21がアルミナ基板上に再付着するとしても、イオンのスパッタ作用によって再付着した堆積物を除去することができる。
【0056】
しかも、アルミナはハロゲンガスのプラズマで殆どエッチングされない特性を有するため、シリコン基板や石英基板と違って、その反応生成物がチャンバ31内に堆積してパーティクルの発生原因となる恐れもない。
【0057】
このように、ハロゲンガスのプラズマで殆どエッチングされないアルミナ基板をドライクリーニング用基板として用い、かつプラズマ生成用の高周波電力を印加するだけでなく、静電チャック32b側にバイアス用電力を印加することにより、チャンバ31内に付着した堆積物21を効率よく除去してパーティクルを減少させることができる。
【0058】
なお、ドライクリーニング用基板としてアルミナ基板の他に、同様にハロゲンガスのプラズマに殆どエッチングされない特性を有するシリコンカーバイド(SiC)基板などを用いてもよい。
【0059】
また、アルミナ基板やSiC基板の他に、図5に示すように、石英基板などの絶縁性基板23の上にハロゲンガスのプラズマに殆どエッチングされないアルミナ膜24(又はSiC膜)が形成されたドライクリーニング用基板26を用いることができる。
【0060】
ここで、アルミナ基板、SiC基板又は表面にアルミナ膜24(又はSiC膜)が形成された絶縁性基板23をドライクリーニング用基板として使用する場合、静電チャック32bに接触する部分を含む主要部が絶縁体からなるため、印加されるバイアス用電力がドライクリーニング用基板内で不均一になりやすくなることから、再付着した堆積物を効率よく除去できない場合が想定される。
【0061】
このため、ドライクリーニング用基板のプラズマに曝される部分以外は半導体又は導電体からなることが好ましい。
【0062】
つまり、図6に示すように、好適には、導電性基板25(又は半導体基板)の上にハロゲンガスのプラズマで殆どエッチングされないアルミナ膜24(又はSiC膜)が形成されたドライエッチング用基板26aを用いればよい。これにより、図6のドライクリーニング用基板26aでは、その主要部である導電性基板25(又は半導体基板)が静電チャック32bに接触するようになるため、ドライクリーニング用基板26aの全体にわたって均一にバイアス用電力が印加されるようになる。その結果、ドライクリーニング用基板26au上に再付着した堆積物を効率よく除去できるようになる。
【0063】
なお、静電チャック32bに接触する部分を含む主要部が半導体又は導電体とすることは、静電チャック32bとドライクリーニング用基板との静電吸着力を強くするという観点からも都合がよい。
【0064】
アルミナ膜24は導電性基板25(又は半導体基板)の上に溶射、スパッタ又はCVDなどにより成膜される。また、アルミナ膜24の代わりにSiC膜を形成する場合はスパッタやCVDなどにより成膜される。また、半導体基板としてシリコン基板などを使用することができ、また導電性基板としてアルミニウム基板などの金属基板を使用することができる。また、アルミニウム基板の一方の面を酸化することにより一方の面にアルミナ膜を有するアルミニウム基板を用いてもよい。
【0065】
以上のように、本実施形態のドライクリーニング方法に使用されるドライクリーニング用基板としては、少なくともプラズマに曝される部分がハロゲンガスのプラズマに殆どエッチングされない材料(アルミナ又はSiC)からなる基板であればよく、主要部が半導体又は導電体からなる基板が好ましい。
【0066】
次に、図3のS2に進み、第1のドライクリーニングを行う。図4(b)は反応室内がドライクリーニングされる様子を示す断面図である。前述した構成のドライクリーニング用基板(例えば図6の26a)を用意し、ドライエッチング装置1内に搬送して静電チャック31上(基板載置部)に載置する。
【0067】
このとき、ドライクリーニング用基板26aの導電性基板25の露出面が静電チャック32b側になり、またアルミナ膜24の露出面がプラズマに曝される面となるようにして静電チャック32b上に載置される。なお、図5に示すドライクリーニング用基板26を使用してもよいし、またアルミナ基板やSiC基板を用いてもよいことはもちろんである。
【0068】
その後、ドライエッチング装置1のガス導入管40から例えば六フッ化イオウ(SF6)を1000sccmの流量で供給し、チャンバ31内を12.5Paのガス圧力になるように調整する。続いて、高周波電源35からアンテナコイル36に2700Wの電力を供給すると共に、バイアス高周波電源33から静電チャック32bに300Wの電力を供給してSF6プラズマを生成させて30分間、第1のドライクリーニングを行う。
【0069】
これにより、図4(b)に示すように、防着板34や石英板34aなどに付着した、PtやIrなどを含む堆積物21がSF6プラズマ中の活性なフッ素などと反応して除去される。しかも、静電チャック32bにはバイアス用電力が印加されているため、堆積物21がドライクリーニング用基板上に再付着しても入射するイオンにより飛ばされその表面にはパーティクルがない状態で第1のドライクリーニングが終了する。
【0070】
さらには、ドライクリーニング用基板のプラズマに曝される部分はアルミナ膜又はSiC膜からなるためSF6プラズマ中の活性なフッ素とは殆ど反応せず、パーティクル源となる反応生成物の発生が極力抑えられる。これに加えて、ドライクリーニング用ガスの余分な消費が抑えられることで堆積物21のエッチングレートが安定するため、ドライクリーニングを短時間で効率よく行うことができる。
【0071】
なお、第1のドライクリーニングで使用するガスとしてSF6を例示したが、NF3、CF4又はC2F6などのフッ素系ガスを使用してもよい。また、フッ素系のガスに不活性ガス、塩素系ガス又は臭素系ガスなどの他のガスを必要に応じて添加するようにしてもよい。すなわち、第1クリーニング用ガスとしては少なくともフッ素原子を含むガス雰囲気となるガスを用いればよい。
【0072】
次いで、図3のS3に進み、第1のドライクリーニングの後に、第2のドライクリーニング(シーズニング)を行う。第2のドライクリーニングは第1のドライクリーニングで除去しきれなかったチャンバ31内の堆積物を除去すると共に、S1に戻ってロット処理を行う前に、予めチャンバ31の反応室31a内をエッチングのガスプラズマの雰囲気にしておくために行われる。これにより、ドライクリーニングの前後において、エッチングレート、マスクや下地膜との選択比などのエッチング特性の変動が防止される。
【0073】
すなわち、SF6の代わりに塩素と酸素との混合ガスのプラズマを用いて、第1のドライクリーニングと同様な方法により、ドライクリーニング用基板26aを静電チャック32b上に載置して第2のドライクリーニングを行う。第2のドライクリーニングは、例えば、塩素(Cl2):10sccm、酸素(O2):40sccm、圧力:0.4Pa、プラズマ生成用高周波電力:800W、バイアス用電力:0W、処理時間:10分の条件で行われる。
【0074】
第2のドライクリーニングでは、第1ドライクリーニング用ガス(例えばSF6)と異なった第2クリーニング用ガス(例えばCl2とO2)を用いるため、第1のドライクリーニングで除去しきれなかったチャンバ31内の堆積物21が除去される。また、第1のドライクリーニングと同様に、ドライクリーニング用基板26aのプラズマに曝される部分はアルミナ膜又はSiC膜からなるためCl2とO2との混合ガスのプラズマとは殆ど反応せず、パーティクル源となる反応生成物の発生が極力抑えられる。
【0075】
上記した第2のドライクリーニングでは、バイアス用電力を印加しない条件を例示したが、バイアス電力を印加するようにしてもよい。また、第2クリーニング用ガスとしてCl2とO2との混合ガスの代わりにHbr又はHBrとO2との混合ガスなどを用いてもよい。また、必要に応じて不活性ガスやフッ素原子を含むガスを添加するようにしてもよい。すなわち、第2クリーニング用ガスとしては少なくとも塩素原子又は臭素原子を含むガス雰囲気になるガスを用いればよい。
【0076】
なお、ドライクリーニングの前後でのエッチング特性の変動を抑制するという観点からは、第2のドライクリーニング(シーズニング)に適用するガスはエッチング条件のガス雰囲気に合わせることが好ましい。
【0077】
また、第2のドライクリーニング(シーズニング)を省略した形態としてもよいし、逆に、上記した第2のドライクリーニング(シーズニング)を繰り返し行うようにしてもよい。第2のドライクリーニング(シーズニング)を繰り返し行うことにより、ドライエッチング装置1のパーティクルの発生をさらに減少させることができる。
【0078】
なお、第2のドライクリーニング(シーズニング)においてドライクリーニング用基板としてシリコン基板や石英基板を用いるとパーティクルは減少しない。これは、シリコン基板や石英基板は塩素系ガスや臭素系ガスにある程度エッチングされるため、その反応性物がチャンバ内に付着して逆にパーティクル源となるからである。
【0079】
次いで、図3のS1に戻って例えば1ロット処理を行った後、S2に進んで再度第1のドライクリーニングを行い、続いてS3に進んで再度第2のドライクリーニングを行う。このようにして、所定数のロット(例えば20〜30ロット)のエッチングを行った後に、ドライエッチング装置1のチャンバ31を大気に開放してチャンバ31の内壁、防着板34及び石英板34aなどを薬品によりウェットクリーニングを行うようにすればよい。
【0080】
以上のようにして、本実施形態のドライクリーニング方法を実施することができる。
【0081】
本願発明者は、前述した実施形態のドライクリーニング方法の効果を確認するため、パーティクル数のウェハ処理枚数依存性を調査した。図7は本発明の実施形態のドライクリーニング法を行ったときのパーティクル数のウェハ処理枚数依存性を示すものである。パーティクルチェックの方法は、パーティクルチェック用のシリコン基板をチャンバ31の静電チャック32b上に搬送し、アルゴンプラズマを生成させ、シリコン基板をアンロードした後に、パーティクル測定機によりシリコン基板上に付着したパーティクル(径が0.2μm以上)の数をカウントした。
【0082】
図7の横軸のウェーハ処理枚数が0枚のデータは、ドライエッチング装置1のチャンバ31内、防着板34及び石英板34aなどをウェットクリーニングした後にパーティクルチェックを行った結果であって、エッチング処理を行なう前に160個のパーティクルがカウントされた。
【0083】
続いて、所定の被エッチングウェハを所定のエッチング条件によって25枚単位で連続してウェハをエッチングし、その後に前述した本実施形態の第1及び第2のドライクリーニング方法を実行した後にパーティクルチェックを行った。続いて、それをトータル枚数275枚処理するまで繰り返してパーティクル数の推移を調査した。
【0084】
25枚処理後から100枚処理後までは100〜200個のパーティクルがカウントされた。125枚処理後から275枚処理後までは25個から100個程度のパーティクルがカウントされた。
【0085】
以上にように、275枚のウェハを処理してもパーティクル数が200個以下であり、本実施形態のドライクリーニング方法がパーティクルの発生を抑制する効果が高いことが確認された。
【0086】
なお、ドライクリーニング基板としてアルミナ基板を使用し、かつバイアス用電力を印加しないで第1のドライクリーニングを行ったところ、10000個以上のパーティクルがカウントされた。
【0087】
次に、ドライクリーニング用基板としてアルミナ基板の代わりに石英基板を用いた場合にパーティクル数がどのように推移するか確認した。図8はドライクリーニング用基板として石英基板を用いた場合のパーティクル数のウェハ処理枚数依存性を示すものである。
【0088】
アルミナ基板の代わりに石英基板を用いて、上記図7におけるパーティクル数のウェハ処理枚数依存性で行った実験方法と同様な方法により、パーティクル数のウェハ処理枚数依存性を調査した。なお、第2のドライクリーニング(シーズニング)を行わない条件とした。
【0089】
図8に示すように、全体的にみると、アルミナ基板を用いた場合と違って、ウェハの処理枚数が増加するに従ってパーティクル数が増加する傾向がある。ウェハを75枚処理した時点でパーティクル数が1000個を超え、続いてウェハを200枚処理した以降はパーティクル数が10000個以上にもなる。前述したように、石英基板はSF6などのフッ素系ガスに容易にエッチングされるため、その反応生成物がチャンバ内に付着することに起因してパーティクルが増加するものと推定される。
【0090】
次に、SF6を用いた第1のドライクリーニング条件でのシリコン酸化膜のエッチングレートを調査した。本実施形態では第1のドライクリーニングでバイアス電力を印加するようにしたので石英のエッチングレートが上昇する傾向がある。図1に示すドライエッチング装置1では、チャンバ31の上部に石英板34aが存在し、またエンドポンイトディテクター(EPD)がプラズマの発光をモニターするためにチャンバ31の反応室31aの側壁部にはEPD用窓が設けられ、この窓には石英ガラスが設置されている。
【0091】
このため、本実施形態のドライクリーニング方法でのこれらの石英の消耗性を予測するため、シリコン酸化膜が形成されたシリコン基板をEPD窓の近傍部と反応室31aの排気室31b側の領域に設置して各種のクリーニング条件でのシリコン酸化膜のエッチングレートを調査した。図9は本発明の実施形態に係る各種ドライクリーニング条件でのシリコン酸化膜のエッチングレートを示すものである。
【0092】
図9に示すように、リファレンス条件(バイアス用電力印加なし)では、シリコン酸化膜のエッチングレートは、EPD窓の近傍で50nm/min程度、排気室側で55nm/分程度であった。
【0093】
バイアス用電力印加有りの条件1では、EPD窓の近傍で62nm/min程度、排気室側で115nm/分程度に上昇した。また、条件1に対してSF6の流量を550sccmに増加させ、圧力を5Paに上げた条件2では、EPD窓の近傍で50nm/minと変化がなく、また排気室側では90nm/minであった。
【0094】
さらに、条件2に対してSF6の流量を850sccmに増加させ、圧力を7Paに上げた条件3では、EPD窓の近傍で80nm/minに上昇し、また排気室側で122nm/min程度に上昇した。
【0095】
また、条件3に対してSF6の流量を1100sccmに増加させ、圧力を10Paに上げた条件4では、EPD窓の近傍で94nm/min程度にさらに上昇し、また排気室側では132nm/min程度にさらに上昇した。
【0096】
以上にように、バイアス用電力を印加するとシリコン酸化膜のエッチングレートが上昇する傾向があるが、リファレンス条件(バイアス電力印加なし)に比べて石英の消耗が著しく激しくなるほどの大幅なエッチングレートの上昇は起こらないことが分かった。つまり、本実施形態のドライクリーニング方法を適用することによってドライエッチング装置1の石英治具の交換頻度が頻繁になるなどの不具合は発生しない。
【0097】
(付記1) 所定のガス雰囲気にプラズマ生成用高周波電力とバイアス用電力とを印加してプラズマを生成してエッチングを行うタイプのドライエッチング装置のドライクリーニング方法であって、
少なくともプラズマに曝される部分がアルミナ又はシリコンカーバイドからなるドライクリーニング用基板を、前記ドライエッチング装置のチャンバ内の基板載置部上に載置し、第1クリーニング用ガスを前記チャンバに導入し、前記プラズマ生成用高周波電力と前記バイアス用高周波電力とを印加することにより前記プラズマを生成して第1のドライクリーニングを行うことを特徴とするドライクリーニング方法。
【0098】
(付記2) 前記ドライクリーニング用基板は、
半導体基板、導電性基板及び絶縁性基板の群から選択される基板と、
前記基板の上に形成されたアルミナ膜又はシリコンカーバイド(SiC)膜とを有することを特徴とする請求項1に記載のドライクリーニング方法。
【0099】
(付記3) 前記ドライクリーニング用基板の前記プラズマに曝される部分以外の主要部は、半導体又は導電体からなることを特徴とする付記1に記載のドライクリーニング法。
【0100】
(付記4) 前記ドライクリーニング用基板の前記プラズマに曝される部分以外の主要部は、絶縁体からなることを特徴とする付記1に記載のドライクリーニング法。
【0101】
(付記5) 前記第1クリーニング用ガスは、フッ素原子を含むガスであることを特徴とする付記1乃至4のいずれか一項に記載のドライクリーニング方法。
【0102】
(付記6) 前記第1のドライクリーニングを行った後に、前記第1クリーニング用ガスと異なる第2クリーニング用ガスのプラズマで第2のドライクリーニングを行うことを特徴とする付記1乃至5のいずれか一項に記載のドライクリーニング方法。
【0103】
(付記7) 前記第2クリーニング用ガスは、塩素原子を含むガス又は臭素原子を含むガスであることを特徴とする付記6に記載のドライクリーニング方法。
【0104】
(付記8) 半導体基板、導電性基板及び絶縁性基板の群から選択される基板と、
前記基板の上に形成されたアルミナ膜又はシリコンカーバイド膜とを有することを特徴とするドライクリーニング用基板。
【0105】
(付記9) 前記基板は、シリコンからなる前記半導体基板又は金属からなる前記導電性基板であることを特徴とする付記8に記載のドライクリーニング用基板。
【0106】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ドライクリーニングを行う際に、プラズマに曝される部分がアルミナ又はシリコンカーバイドからなるドライクリーニング用基板をチャンバ内の基板載置部上に載置してプラズマ生成用の高周波電力を印加してプラズマを生成させるたけではなく、クリーニング用基板側にバイアス用電力を印加した状態でドライクリーニングを行うようにしている。
【0107】
このため、たとえチャンバ内に付着した堆積物がドライクリーニング用基板上に再付着するとしても、イオンのスパッタ作用によって再付着した堆積物を除去することができる。しかも、ドライクリーニング用基板のプラズマに曝される部分がアルミナ又はシリコンカーバイド(SiC)のようにドライクリーニング用ガスのプラズマで殆どエッチングされない特性を有するものからなるようにしたため、シリコン基板や石英基板などと違って、その反応生成物がチャンバ内に堆積してパーティクルの発生原因となる恐れもない。
【0108】
このようにすることにより、ドライエッチング装置のチャンバ内に付着した堆積物を効率よく除去してパーティクルを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施形態のドライクリーニング方法に用いられるドライエッチング装置を示す断面図である。
【図2】図2はFeRAMの強誘電体キャパシタを形成する工程に図1のドライエッチング装置を適用した例を示す断面図である。
【図3】図3は本発明の実施形態のドライクリーニング方法に係る工程フローチャートを示すものである。
【図4】図4(a)は反応室の防着板や石英板に堆積物が付着した様子を示す断面図、図4(b)は反応室内がドライクリーニングされる様子を示す断面図である。
【図5】図5は本発明の実施形態のドライクリーニング用基板の第1例を示す断面図である。
【図6】図6は本発明の実施形態のドライクリーニング用基板の第2例を示す断面図である。
【図7】図7は本発明の実施形態のドライクリーニング方法を行ったときのパーティクル数のウェハ処理枚数依存性を示すものである。
【図8】図8はドライクリーニング用基板として石英基板を用いた場合のパーティクル数のウェハ処理枚数依存性を示すものである。
【図9】図9は本発明の実施形態のドライクリーニング方法におけるシリコン酸化膜のエッチングレートを示すものである。
【符号の説明】
1…ドライエッチング装置、12…絶縁膜、14…第1金属膜、16…強誘電体膜、18…第2金属膜、20…マスク、21…堆積物、23…絶縁性基板、24…アルミナ膜(又はSiC膜)、25…導電性基板(又は半導体基板)、26,26a…ドライクリーニング用基板、30…半導体基板、31…チャンバ、31a…反応室、31b…排気室、31x…排出管、32…ウェハステージ、32a…ヒータ、32b…静電チャック、33…バイアス用高周波電源、34…防着板、34a…石英板、34b…開口部、34c…シャッタ、34d…ウェハ搬送口、35…高周波電源、36…アンテナコイル、37…ゲートバルブ、38…ロードロック室、40…ガス導入管。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dry cleaning method and a dry cleaning substrate, and more particularly to a dry cleaning method and a dry cleaning substrate applied to a dry etching apparatus.
[0002]
[Prior art]
In the semiconductor manufacturing process, there are processes for etching various thin films and the like, and a dry etching apparatus is mainly used. In this dry etching apparatus, plasma is generated by applying high frequency power to an etching gas introduced to remove an unnecessary film, and the etching gas is activated to react with the film to perform etching. is there.
[0003]
The reaction product between the etching gas and the object to be etched is not completely volatilized and exhausted from the chamber, and a part of the reaction product adheres to the low temperature part of the chamber or enters the plasma and is recycled. It decomposes and becomes a low vapor pressure, adheres in the chamber and becomes a deposit.
[0004]
In particular, in the process of forming a ferroelectric capacitor of a semiconductor memory using, for example, a ferroelectric capacitor, the object to be etched is a Pt film, a PZT film or an IrO. X Since the reaction product of these films and the etching gas is low in volatility because it is made of a film such as a film, it is necessary to perform etching mainly by sputtering reaction. Therefore, deposits are deposited in the chamber compared to other etching processes. Is easy to adhere.
[0005]
Not only does the generation of plasma become unstable or the etching rate fluctuates due to the influence of the deposit, but the deposit peels off from the chamber and becomes particles, which greatly affects the manufacturing yield of the semiconductor device.
[0006]
For this reason, in the mass production process, the number of particles in the chamber increases with the number of processed sheets, and after reaching the empirically set number of processed sheets, SF is not opened to the atmosphere without opening the chamber to the atmosphere. 6 The deposits are removed by generating a plasma of a cleaning gas. Then, after a predetermined number of lots have been processed for a longer time, the chamber is opened to the atmosphere and the chamber is wet cleaned using chemicals or the like.
[0007]
By the way, in recent years, a dry etching apparatus applies high frequency power to a plasma generating coil in place of a parallel plate RIE apparatus, and also applies bias power to the substrate to be etched to generate plasma to perform etching. Devices of the type to perform (eg ICP etc.) are becoming widely used.
[0008]
In this type of dry etching system, when dry cleaning is performed, plasma is simply applied by applying high frequency power to the plasma generating coil without applying bias power so that the cleaning plasma sufficiently circulates in the chamber. Was generated and dry cleaning was performed.
[0009]
Furthermore, in an etching apparatus using an electrostatic chuck as a means for fixing the substrate to be etched, a silicon substrate, a quartz substrate, or the like is placed on the electrostatic chuck so that the electrostatic chuck is not damaged by being exposed to plasma. The dry cleaning was performed with the electrostatic chuck protected from plasma.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the above silicon substrate or quartz substrate is placed on an electrostatic chuck and dry cleaning is performed, the silicon or quartz easily reacts with the plasma of the cleaning gas (halogen gas such as fluorine gas) and is etched. Therefore, the reaction product may accumulate in the chamber and cause particles to be generated.
[0011]
In addition, since the cleaning gas is actively reacted with the silicon substrate or the quartz substrate and consumed, the cleaning rate of the deposits adhering to the chamber decreases, and as a result, the time required for dry cleaning becomes longer. There is.
[0012]
To solve these problems, alumina (Al 2 O Three There is a method of performing dry cleaning using a substrate that is not easily etched by plasma of a cleaning gas such as a substrate. JP-A-9-330885 describes that a ceramic substrate such as an alumina substrate is used for the purpose of protecting the susceptor when the chamber of the CVD apparatus is cleaned.
[0013]
However, when dry cleaning is performed by placing an alumina substrate on an electrostatic chuck, a reaction product of the alumina substrate and the cleaning gas is newly deposited in the chamber, unlike a silicon substrate or a quartz substrate. Although the problem of becoming a particle source is solved, there is a problem that deposits easily adhere to the alumina substrate to be removed in the chamber. This problem is particularly noticeable in the process of forming the above-described ferroelectric capacitor, for example.
[0014]
For this reason, when the alumina substrate is unloaded from the chamber after dry cleaning, or when the load lock chamber is opened to the atmosphere in order to take the alumina substrate to the outside, the deposits re-adhered on the alumina substrate are removed from the chamber There is a possibility of causing particles by scattering into the load lock chamber.
[0015]
Therefore, the number of particles counted does not become less than the standard value in spite of the dry cleaning, so that the efficiency is low such as performing cleaning again, which causes a decrease in the apparatus operating rate.
[0016]
The present invention has been made in view of the above problems, and a dry cleaning method capable of sufficiently suppressing the generation of particles and performing cleaning in a shorter time, and a dry cleaning used in the method. An object of the present invention is to provide a circuit board.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention relates to a dry cleaning method, and a high frequency power for plasma generation and a bias for a predetermined gas atmosphere high frequency A dry cleaning method of a dry etching apparatus of a type in which plasma is generated by applying power and etching, and at least a dry cleaning substrate in which a portion exposed to plasma is made of alumina or silicon carbide Placed on the substrate placement part in the chamber of the apparatus, introduced a first cleaning gas into the chamber, First Applying the plasma generating high frequency power and the bias high frequency power to generate the plasma to perform a first dry cleaning, After performing the first dry cleaning, a second dry cleaning is performed with a plasma of a second cleaning gas different from the first dry cleaning gas. In the second dry cleaning, the second plasma generation is performed. Apply high-frequency power for bias, do not apply high-frequency power for bias It is characterized by that.
[0018]
As described above, when dry cleaning is performed by placing a substrate that is hardly etched by plasma of halogen gas such as an alumina substrate on a substrate mounting portion such as an electrostatic chuck, it is necessary to remove the adhering in the chamber. There is a problem that deposits are likely to re-adhere on the alumina substrate. Conventionally, in a dry etching apparatus that generates plasma by applying both high-frequency power for plasma generation and bias power, such as ICP, cleaning is performed without applying bias power when dry cleaning is performed. It was.
[0019]
As a result of earnest research focusing on this point, the inventor of the present application has not only generated plasma by applying high-frequency power for plasma generation when performing dry cleaning, but also applied bias power to the cleaning substrate side. It has been found that this problem can be solved by performing dry cleaning in the applied state.
[0020]
In other words, by applying bias power to the dry cleaning substrate side, a negative self-bias is formed on the dry cleaning substrate side, and as a result, positive ions in the plasma enter the surface of the dry cleaning substrate with a predetermined energy. Is done. For this reason, even if the deposit adhered in the chamber is deposited again on the alumina substrate, the deposited deposit can be removed by the sputtering effect of ions.
[0021]
Moreover, the portion of the dry cleaning substrate exposed to the plasma is made of a material such as alumina or silicon carbide (SiC) that is hardly etched by the dry cleaning gas plasma (a gas containing a halogen atom). Unlike a silicon substrate or a quartz substrate, there is no possibility that the reaction product accumulates in the chamber and causes generation of particles. In addition, dry cleaning can be performed efficiently in a short time without fear of a decrease in the cleaning rate of deposits adhering to the chamber.
[0022]
As described above, when performing dry cleaning, a substrate that is hardly etched by dry cleaning gas plasma is used as a dry cleaning substrate, and not only high frequency power for plasma generation is applied, but also on the dry cleaning substrate side. By applying the bias power, it is possible to efficiently remove deposits adhering to the chamber and reduce particles.
[0023]
In the dry cleaning method described above, the main part of the dry cleaning substrate other than the part exposed to the plasma is preferably made of a semiconductor or a conductor.
[0024]
When the dry cleaning substrate is made of an insulator such as alumina over the entire substrate, the bias power applied to the dry cleaning substrate is likely to be non-uniform within the substrate. The case where an object cannot be removed efficiently is assumed.
[0025]
For this reason, by making the main part other than the part exposed to the plasma a semiconductor or a conductor, the bias power can be applied uniformly over the entire dry cleaning substrate. It is possible to efficiently remove deposits that reattach to the surface.
[0026]
In the dry cleaning method described above, after the first dry cleaning is performed, the second dry cleaning may be performed by using a plasma of a second cleaning gas different from the first cleaning gas.
[0027]
It is assumed that even if the first dry cleaning is performed with the plasma of the first dry cleaning gas, the deposited deposits in the chamber cannot be completely removed. For this reason, after the first dry cleaning is performed, the second dry cleaning may be performed using plasma of a second cleaning gas different from the first cleaning gas. At this time, for example, by using a gas corresponding to an etching gas as the second cleaning gas, it is convenient from the viewpoint of suppressing fluctuations in etching characteristics such as an etching rate and a selection ratio before and after dry cleaning.
[0028]
The first cleaning gas is a gas containing fluorine atoms, and the second cleaning gas is a gas containing bromine atoms.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0032]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a dry etching apparatus used in a dry cleaning method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing how a FeRAM ferroelectric capacitor is formed using the dry etching apparatus of FIG. FIG. 3 is a process flowchart according to the dry cleaning method of the present invention.
[0033]
First, a dry etching apparatus used in the dry cleaning method of the embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, an ICP (Inductively Coupled Plasma) type of
[0034]
The
[0035]
Further, a substantially cylindrical
[0036]
A
[0037]
Further, an
[0038]
A load lock chamber 38 is provided adjacent to the
[0039]
The
[0040]
Although the ICP type is exemplified as the
[0041]
Next, a dry cleaning method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the process flowchart of FIG. 3 as appropriate. Further, the process of forming the FeRAM ferroelectric capacitor of FIG. 2 will be described by way of example.
[0042]
First, in S1 of FIG. 3, a predetermined number of lots (for example, 25 pieces per lot) are etched using the
[0043]
The structure of each wafer in the lot related to the etching process for forming the FeRAM ferroelectric capacitor is as follows. That is, as shown in FIG. 2A, on the insulating
[0044]
Next, the
[0045]
Thereafter, a predetermined high frequency power is applied from the high frequency power source 35 to the antenna coil 36 to generate an induction electromagnetic field in the
[0046]
As a result, as shown in FIG. 2B, the
[0047]
At this time, the film to be etched is IrO X Since the reaction product of the film to be etched and the etching gas has low volatility, etching proceeds mainly by sputtering reaction. For this reason, reaction products containing Pt, Ir, and the like are likely to adhere to the inner wall of the
[0048]
FIG. 4A is a cross-sectional view showing a state in which deposits adhere to the deposition plate or quartz plate in the reaction chamber. As shown in FIG. 4A, for example, in the process of forming the
[0049]
For example, when the
[0050]
Next, a method for removing the deposit 21 attached in the
[0051]
For this reason, when performing dry cleaning, it is necessary to place the dry cleaning substrate on the
[0052]
As described above, when an alumina substrate that is hardly etched by halogen gas plasma is used as the dry cleaning substrate, the problem that occurs when using a silicon substrate or quartz substrate that is easily etched by halogen gas plasma is solved. However, there remains a problem that the deposit 21 adhering to the
[0053]
The purpose of applying bias power to the
[0054]
As a result of intensive research focusing on this point, the inventor of the present application has not only applied the high frequency power from the high frequency power supply 35 to the antenna coil 36 to generate plasma when performing dry cleaning, but also applied to the
[0055]
That is, by applying a bias power to the
[0056]
In addition, since alumina has a characteristic that it is hardly etched by plasma of halogen gas, unlike a silicon substrate or a quartz substrate, there is no possibility that reaction products accumulate in the
[0057]
In this way, by using an alumina substrate that is hardly etched by halogen gas plasma as a dry cleaning substrate and applying high-frequency power for plasma generation, bias power is applied to the
[0058]
In addition to the alumina substrate, a silicon carbide (SiC) substrate having characteristics that are hardly etched by halogen gas plasma may be used as the dry cleaning substrate.
[0059]
In addition to the alumina substrate and the SiC substrate, as shown in FIG. 5, a dry film in which an alumina film 24 (or SiC film) hardly etched by halogen gas plasma is formed on an insulating substrate 23 such as a quartz substrate. A cleaning
[0060]
Here, when using the alumina substrate, the SiC substrate, or the insulating substrate 23 having the alumina film 24 (or SiC film) formed on the surface as a dry cleaning substrate, the main part including the portion that comes into contact with the
[0061]
For this reason, it is preferable that the part other than the part exposed to the plasma of the dry cleaning substrate is made of a semiconductor or a conductor.
[0062]
That is, as shown in FIG. 6, preferably, a
[0063]
It should be noted that the main part including the part in contact with the
[0064]
The alumina film 24 is formed on the conductive substrate 25 (or semiconductor substrate) by thermal spraying, sputtering or CVD. Further, when an SiC film is formed instead of the alumina film 24, the film is formed by sputtering, CVD or the like. In addition, a silicon substrate or the like can be used as the semiconductor substrate, and a metal substrate such as an aluminum substrate can be used as the conductive substrate. Alternatively, an aluminum substrate having an alumina film on one surface by oxidizing one surface of the aluminum substrate may be used.
[0065]
As described above, the dry cleaning substrate used in the dry cleaning method of the present embodiment may be a substrate made of a material (alumina or SiC) that is hardly etched by halogen gas plasma at least in a portion exposed to plasma. A substrate whose main part is made of a semiconductor or a conductor is preferable.
[0066]
Next, the process proceeds to S2 in FIG. 3 to perform the first dry cleaning. FIG. 4B is a cross-sectional view showing how the reaction chamber is dry cleaned. A dry cleaning substrate (for example, 26a in FIG. 6) having the above-described configuration is prepared, transported into the
[0067]
At this time, the exposed surface of the
[0068]
Thereafter, for example, sulfur hexafluoride (SF) is introduced from the
[0069]
As a result, as shown in FIG. 4B, the deposit 21 containing Pt, Ir, etc. adhering to the
[0070]
Furthermore, since the portion of the dry cleaning substrate exposed to the plasma is made of an alumina film or SiC film, SF 6 It hardly reacts with the active fluorine in the plasma, and the generation of reaction products as a particle source is suppressed as much as possible. In addition, since excessive consumption of the dry cleaning gas is suppressed, the etching rate of the deposit 21 is stabilized, so that dry cleaning can be performed efficiently in a short time.
[0071]
The gas used in the first dry cleaning is SF. 6 But NF Three , CF Four Or C 2 F 6 You may use fluorine-type gas, such as. In addition, other gases such as an inert gas, a chlorine-based gas, or a bromine-based gas may be added to the fluorine-based gas as necessary. That is, as the first cleaning gas, a gas having a gas atmosphere containing at least fluorine atoms may be used.
[0072]
Next, the process proceeds to S3 in FIG. 3, and the second dry cleaning (seasoning) is performed after the first dry cleaning. In the second dry cleaning, deposits in the
[0073]
That is, SF 6 Instead of using a plasma of a mixed gas of chlorine and oxygen, the
[0074]
In the second dry cleaning, a first dry cleaning gas (for example, SF) 6 ) Different from the second cleaning gas (for example, Cl 2 And O 2 Therefore, the deposit 21 in the
[0075]
In the second dry cleaning described above, a condition in which the bias power is not applied is illustrated, but a bias power may be applied. Further, as the second cleaning gas, Cl 2 And O 2 HBr or HBr and O instead of the mixed gas 2 A mixed gas or the like may be used. Moreover, you may make it add the gas containing an inert gas and a fluorine atom as needed. That is, as the second cleaning gas, a gas having a gas atmosphere containing at least chlorine atoms or bromine atoms may be used.
[0076]
Note that, from the viewpoint of suppressing variation in etching characteristics before and after dry cleaning, the gas applied to the second dry cleaning (seasoning) is preferably matched to the gas atmosphere of the etching conditions.
[0077]
Further, the second dry cleaning (seasoning) may be omitted, or conversely, the second dry cleaning (seasoning) described above may be repeatedly performed. By repeatedly performing the second dry cleaning (seasoning), the generation of particles in the
[0078]
In the second dry cleaning (seasoning), if a silicon substrate or a quartz substrate is used as a dry cleaning substrate, particles are not reduced. This is because the silicon substrate and the quartz substrate are etched to some extent by the chlorine-based gas or bromine-based gas, so that the reactive substance adheres to the chamber and becomes a particle source.
[0079]
Next, returning to S1 in FIG. 3, for example, one lot processing is performed, then the process proceeds to S2 to perform the first dry cleaning again, and then proceeds to S3 to perform the second dry cleaning again. In this way, after etching a predetermined number of lots (for example, 20 to 30 lots), the
[0080]
As described above, the dry cleaning method of this embodiment can be performed.
[0081]
The inventor of the present application investigated the dependency of the number of particles on the number of processed wafers in order to confirm the effect of the dry cleaning method of the above-described embodiment. FIG. 7 shows the dependency of the number of particles on the number of wafers processed when the dry cleaning method of the embodiment of the present invention is performed. In the particle check method, a particle check silicon substrate is transported onto the
[0082]
The data in which the number of wafers processed on the horizontal axis in FIG. 7 is zero is the result of performing a particle check after wet cleaning the
[0083]
Subsequently, a predetermined wafer to be etched is continuously etched in units of 25 under predetermined etching conditions, and then the particle check is performed after the first and second dry cleaning methods of the present embodiment described above are executed. went. Subsequently, the transition of the number of particles was investigated by repeating the process until the total number of
[0084]
From 25 sheets to 100 sheets, 100 to 200 particles were counted. From 125 sheets to 275 sheets, about 25 to 100 particles were counted.
[0085]
As described above, even when 275 wafers are processed, the number of particles is 200 or less, and it was confirmed that the dry cleaning method of this embodiment has a high effect of suppressing the generation of particles.
[0086]
In addition, when an alumina substrate was used as the dry cleaning substrate and the first dry cleaning was performed without applying bias power, 10000 or more particles were counted.
[0087]
Next, it was confirmed how the number of particles changed when a quartz substrate was used instead of an alumina substrate as a dry cleaning substrate. FIG. 8 shows the dependence of the number of particles on the number of processed wafers when a quartz substrate is used as the dry cleaning substrate.
[0088]
Using a quartz substrate instead of an alumina substrate, the dependency of the number of particles on the number of wafers processed was investigated in the same manner as the experiment method performed on the number of particles processed on wafers in FIG. The second dry cleaning (seasoning) was not performed.
[0089]
As shown in FIG. 8, as a whole, unlike the case of using an alumina substrate, the number of particles tends to increase as the number of processed wafers increases. When 75 wafers are processed, the number of particles exceeds 1000, and after 200 wafers are processed, the number of particles becomes 10000 or more. As described above, the quartz substrate is SF. 6 It is presumed that particles are increased due to the reaction product adhering to the inside of the chamber.
[0090]
Next, SF 6 The etching rate of the silicon oxide film was investigated under the first dry cleaning conditions using In this embodiment, since the bias power is applied in the first dry cleaning, the etching rate of quartz tends to increase. In the
[0091]
Therefore, in order to predict the wear of these quartz in the dry cleaning method of this embodiment, the silicon substrate on which the silicon oxide film is formed is placed in the vicinity of the EPD window and in the region on the
[0092]
As shown in FIG. 9, under the reference conditions (no bias power application), the etching rate of the silicon oxide film was about 50 nm / min near the EPD window and about 55 nm / min on the exhaust chamber side.
[0093]
Under
[0094]
Furthermore, SF for condition 2 6 Under the condition 3 where the flow rate of the gas was increased to 850 sccm and the pressure was increased to 7 Pa, the flow rate increased to 80 nm / min in the vicinity of the EPD window and increased to about 122 nm / min on the exhaust chamber side.
[0095]
For condition 3, SF 6 In condition 4 where the flow rate was increased to 1100 sccm and the pressure was increased to 10 Pa, it further increased to about 94 nm / min near the EPD window, and further increased to about 132 nm / min on the exhaust chamber side.
[0096]
As described above, when bias power is applied, the etching rate of the silicon oxide film tends to increase. However, the etching rate is greatly increased so that the consumption of quartz is significantly more intense than in the reference condition (no bias power is applied). It turns out that doesn't happen. That is, by applying the dry cleaning method of the present embodiment, there is no problem such as frequent replacement of the quartz jig of the
[0097]
(Appendix 1) A dry cleaning method of a dry etching apparatus of a type that performs etching by generating plasma by applying high frequency power for plasma generation and power for bias to a predetermined gas atmosphere,
A dry cleaning substrate having at least a portion exposed to plasma made of alumina or silicon carbide is placed on a substrate placement portion in a chamber of the dry etching apparatus, and a first cleaning gas is introduced into the chamber; A dry cleaning method comprising performing the first dry cleaning by generating the plasma by applying the high frequency power for plasma generation and the high frequency power for bias.
[0098]
(Appendix 2) The dry cleaning substrate is:
A substrate selected from the group of a semiconductor substrate, a conductive substrate and an insulating substrate;
The dry cleaning method according to
[0099]
(Additional remark 3) The dry cleaning method of
[0100]
(Additional remark 4) The dry cleaning method of
[0101]
(Supplementary note 5) The dry cleaning method according to any one of
[0102]
(Supplementary note 6) Any one of
[0103]
(Supplementary note 7) The dry cleaning method according to supplementary note 6, wherein the second cleaning gas is a gas containing a chlorine atom or a gas containing a bromine atom.
[0104]
(Supplementary Note 8) A substrate selected from the group of a semiconductor substrate, a conductive substrate, and an insulating substrate;
A dry cleaning substrate comprising an alumina film or a silicon carbide film formed on the substrate.
[0105]
(Supplementary note 9) The dry cleaning substrate according to supplementary note 8, wherein the substrate is the semiconductor substrate made of silicon or the conductive substrate made of metal.
[0106]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when dry cleaning is performed, a dry cleaning substrate whose portion exposed to plasma is made of alumina or silicon carbide is placed on the substrate placement portion in the chamber. In addition to generating plasma by applying high-frequency power for plasma generation, dry cleaning is performed in a state where bias power is applied to the cleaning substrate side.
[0107]
For this reason, even if the deposit adhering in the chamber is redeposited on the dry cleaning substrate, the deposit adhering again by the sputtering action of ions can be removed. Moreover, since the portion of the dry cleaning substrate exposed to the plasma is made of a material that is hardly etched by the dry cleaning gas plasma such as alumina or silicon carbide (SiC), the silicon substrate, the quartz substrate, etc. Unlike the case, the reaction product does not accumulate in the chamber and cause generation of particles.
[0108]
By doing so, it is possible to efficiently remove deposits adhering in the chamber of the dry etching apparatus and reduce particles.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a dry etching apparatus used in a dry cleaning method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example in which the dry etching apparatus of FIG. 1 is applied to a process of forming a FeRAM ferroelectric capacitor.
FIG. 3 is a process flowchart according to the dry cleaning method of the embodiment of the present invention.
4A is a cross-sectional view showing a state in which deposits adhere to a deposition plate or a quartz plate in a reaction chamber, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing a state in which the reaction chamber is dry-cleaned. is there.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first example of a dry cleaning substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second example of a dry cleaning substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows the dependence of the number of particles on the number of wafers processed when the dry cleaning method of the embodiment of the present invention is performed.
FIG. 8 shows the dependency of the number of particles on the number of wafers processed when a quartz substrate is used as the dry cleaning substrate.
FIG. 9 shows an etching rate of a silicon oxide film in the dry cleaning method of the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
少なくともプラズマに曝される部分がアルミナ又はシリコンカーバイドからなるドライクリーニング用基板を、前記ドライエッチング装置のチャンバ内の基板載置部上に載置し、第1クリーニング用ガスを前記チャンバに導入し、第1の前記プラズマ生成用高周波電力と前記バイアス用高周波電力とを印加することにより前記プラズマを生成して第1のドライクリーニングを行い、
前記第1のドライクリーニングを行った後に、前記第1のドライクリーニング用ガスと異なる第2のドライクリーニング用ガスのプラズマで第2のドライクリーニングを行い、
前記第2のドライクリーニングにおいて、第2の前記プラズマ生成用高周波電力を印加し、前記バイアス用高周波電力を印加しないことを特徴とするドライクリーニング方法。A dry cleaning method of a dry etching apparatus of a type that performs etching by generating plasma by applying high frequency power for plasma generation and high frequency power for bias to a predetermined gas atmosphere,
A dry cleaning substrate having at least a portion exposed to plasma made of alumina or silicon carbide is placed on a substrate placement portion in a chamber of the dry etching apparatus, and a first cleaning gas is introduced into the chamber; Applying the first high-frequency power for plasma generation and the high-frequency power for bias to generate the plasma to perform first dry cleaning;
After performing the first dry cleaning, a second dry cleaning is performed with a plasma of a second dry cleaning gas different from the first dry cleaning gas,
In the second dry cleaning, the second high frequency power for plasma generation is applied, and the high frequency power for bias is not applied.
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